用高直链玉米淀粉“武装”益生菌？新研究让其在热加工和胃酸中存活率飙升

近期，江南大学食品科学与技术国家重点实验室的研究团队在食品领域顶级期刊《Food Hydrocolloids》上发表了题为“淀粉基乳液凝胶增强益生菌活力：直链淀粉含量的影响”的研究论文。该研究系统揭示了淀粉分子中直链淀粉含量如何作为“设计开关”，调控乳液凝胶的微观结构与宏观功能，并最终显著提升包埋益生菌在加工与消化胁迫下的生存能力。这项研究为定向设计基于天然淀粉的高性能益生菌保护体系提供了关键理论依据。

【研究背景】：益生菌递送的挑战与淀粉基凝胶的机遇

益生菌作为活的微生物，当摄入足量时，可通过改善肠道菌群平衡为宿主带来健康益处。然而，要发挥其健康功效，益生菌必须克服食品加工中的热胁迫（如巴氏杀菌）以及胃肠道内严酷的酸性环境和消化酶的侵袭。这些挑战极大限制了益生菌在多种食品中的应用及其最终效用。

在众多用于保护益生菌的包埋体系中，乳液凝胶因其独特的三维网络结构，被认为是一种极具前景的新型递送系统。其中，淀粉基乳液凝胶因其来源广泛、成本低廉、生物相容性好而备受关注。然而，现有研究多集中于优化凝胶的宏观均一性与物理稳定性，未能深入揭示淀粉分子本身的多尺度结构（尤其是直链淀粉与支链淀粉的比例）与乳液凝胶结构、功能之间的内在关联。这一知识缺口阻碍了淀粉基乳液凝胶的进一步优化与靶向设计。

 【研究成果】：直链淀粉含量——从结构到功能的“调控枢纽”

研究团队选取了直链淀粉含量显著递增的三种淀粉：普通玉米淀粉（NS，23.21%）、高直链玉米淀粉G50（51.51%）和高直链玉米淀粉G70（71.89%），系统研究了它们对包埋益生菌（大肠杆菌Nissle 1917）的乳液凝胶的微观结构、流变特性、物理稳定性、热稳定性及模拟消化中存活率的影响。

1.结构决定性质：高直链淀粉形成多孔但稳固的屏障网络

微观结构：随着直链淀粉含量增加，凝胶网络结构变得更加多孔，油滴尺寸增大，导致表观粘度和物理稳定性有所下降。然而，共聚焦显微镜观察显示，益生菌被有效地包裹在油滴与淀粉基质之间，形成了物理屏障。

作用机制：高直链淀粉的线性分子结构易于回生，形成局部致密的结晶区域。这种结构虽然在宏观上孔隙较大，但结晶区作为不可渗透的屏障，能有效阻隔热、胃酸和消化酶的侵蚀，为益生菌创造了一个保护性微环境。

2.卓越的热保护性能：为热加工益生菌食品铺路

研究模拟了食品工业中常见的两种巴氏杀菌条件：低温长时间（65°C/30分钟）和高温短时（72°C/15秒）。

结果：未经保护的游离EcN在热处理后存活数急剧下降（最多降低约6个对数）。而所有淀粉凝胶均提供了显著保护。其中，G70凝胶的保护效果最佳，在72°C热处理后，菌数保持在约8.66 log CFU/g的高水平，显著优于NS凝胶（约8.18 log CFU/g）。这表明高直链淀粉凝胶能有效抵御热诱导的细胞损伤。

3.穿越消化道的“护航舰”：大幅提升胃肠道存活率

通过模拟口腔-胃-肠道消化的体外模型评估，胃消化阶段是益生菌面临的最大挑战。

结果：游离EcN经胃消化后存活数骤降至3.38 log CFU/g。NS凝胶提供了一定保护，菌数下降4.37个对数。而G70凝胶展现了最强的保护能力，菌数仅下降2.13个对数。最终到达模拟肠道时，G70凝胶组的活菌数（6.12 log CFU/g）显著高于NS组（4.63 log CFU/g），表明有足够数量的活菌可抵达肠道发挥作用。

4.长期的存储稳定性

在4°C下储存30天后，所有凝胶均保持良好的物理稳定性，无相分离。尽管所有组别的益生菌活菌数均随时间自然下降，但G70和G50凝胶中活菌数的下降速度更慢、更稳定，表明高直链淀粉凝胶在长期储存中也能提供更好的维持效果。

 【总结与展望】

本研究清晰表明，直链淀粉含量是调控淀粉基乳液凝胶结构与其益生菌保护功能的关键杠杆。尽管高直链淀粉形成的凝胶在宏观物理质构上稍显柔软，但其构建的独特微观网络提供了卓越的热稳定性和消化耐受性，能显著增强包埋益生菌在食品加工和人体胃肠道中的活力。

该成果为精准设计基于淀粉的益生菌递送系统提供了新的理论支持。特别是G70基乳液凝胶，因其出色的耐热和耐酸特性，在酸奶、巴氏杀菌益生菌饮料等需要热处理的食品中具有明确的应用前景。未来的研究可进一步优化其在具体食品基质中的质构与感官特性，推动其走向实际应用。

【参考文献】：

Chen Z, Gu Z, Cheng L, Hong Y. Starch-based emulsion gels enhanced probiotic viability: effect of amylose content[J]. Food Hydrocolloids, 2026, 178: 112620.